CN109750244B

CN109750244B - 一种减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法

Info

Publication number: CN109750244B
Application number: CN201910225606.8A
Authority: CN
Inventors: 王建华; 吴悔; 吴长军; 彭浩平; 苏旭平
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: CN109750244A

Abstract

本发明属于金属表面工程领域，具体涉及一种减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法。本发明首先采用浓度为25～35％的过氧化氢水溶液对可锻铸铁件进行表面处理，有效减轻硅的活性，然后在450～570℃的Zn‑0.05wt.％Al合金液中进行热浸镀锌操作。本发明可降低镀锌温度、有效减小可锻铸铁件镀层厚度、并显著增加可锻铸件镀层厚度的均匀性。

Description

一种减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法

技术领域

本发明属于金属表面工程领域，特别涉及一种减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法。

背景技术

热镀锌可锻铸铁主要应用于热镀锌管件，热镀锌管件包括镀锌弯头，镀锌法兰，镀锌弯管，镀锌异径管，镀锌管帽封头。热浸镀过程中，管件基体与熔融镀液发生复杂的物理与化学反应，形成耐腐蚀的结构紧密的锌-铁合金层。合金层与纯锌层、铁基体融为一体，故其耐腐蚀能力强。热镀锌管件主要用于输送煤气、暖气等管道工程，如钢管管体需要进行镀锌防腐处理，连接管件也要进行镀锌处理。

研究表明，由于可锻铸铁件的硅含量较高(1.4～1.8％)，在热浸镀锌时存在明显的硅反应性，导致镀层厚度增加和镀层厚度不均匀。目前，可锻铸铁热镀锌工艺与国外的镀锌工艺存在明显的差距，一是热镀锌液的温度偏高，一般在600℃左右，而国外为460℃左右；二是可锻铸铁件的镀锌层偏厚，镀层厚度均匀性差，锌耗明显增大。一般说来，被镀的可锻铸铁零件碳硅含量越低，且铸件表面质量越好时，则锌与铁越容易结合而降低镀锌温度。反之，则要采用较高的镀锌温度，此时锌-铁反应加剧，镀锌液中的铁量增加，形成锌渣，增大了镀锌液的粘度，因而镀锌层偏厚。因此，有必要对可锻铸铁件进行表面预处理，减轻镀锌过程中的硅反应性，最终实现降低镀锌温度、减少镀层厚度和增加镀层厚度均匀性的目的。

发明内容

本发明设计出一种减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法，采用一定浓度的过氧化氢水溶液对可锻铸铁件进行表面预处理，减轻硅的活性，目的是降低镀锌温度、有效减小可锻铸铁件镀层厚度、显著增加可锻铸件镀层厚度的均匀性。

本发明的技术方案是：

本发明采用浓度为25～35％的过氧化氢水溶液对可锻铸铁件进行50～70分钟的表面预处理，将预处理后铸件进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥的表面处理，然后浸入450～570℃的Zn-0.05wt.％Al合金池中进行3～5分钟的热浸镀锌处理，得到厚度较薄且均匀的可锻铸铁镀层。本发明的目的是降低镀锌温度、减少镀层厚度和增加镀层厚度均匀性。

所述表面处理的具体处理工艺为：使用质量分数为15％的NaOH溶液在70～80℃下碱洗3分钟，清水冲洗后在质量分数为15％的盐酸中酸洗3分钟，清水冲洗后在70～80℃的成分为100ml水中含27g NH₄Cl、23g ZnCl₂、5g SnCl₂、2g K₂ZrF₆的助镀溶液中进行5分钟的助镀处理，完成后在100℃下干燥10分钟。

进一步优化的，对可锻铸铁进行预处理的过氧化氢水溶液浓度为30％，预处理时间为60分钟。

需要过氧化氢水溶液对可锻铸铁表面进行较长时间(优选60分钟)的预处理，使表面层中的硅元素被选择性氧化成氧化硅，并形成自内向外的浓度梯度，表面层出现贫硅，导致溶解状态的活性硅明显减少，达到了降低硅的活度与活性的目的，从而大大减少硅反应的产生，使镀层较薄且镀层均匀。再经过常规的表面处理，碱洗去油脂、酸洗去氧化层，将氧化层里面的氧化硅脱去，更有利于镀锌的进行，不会产生漏镀，使镀层较薄且镀层均匀。

进一步优化的，对可锻铸铁进行热镀锌处理的温度为460～560℃，热浸镀锌时间为4分钟。大大降低镀锌温度，降低镀锌时间。

本发明的原理如下：

一般说来，可锻铸铁中硅含量一般都在1.4～1.8％，在进行热浸镀锌时都存在明显的硅反应性，因此降低可锻铸铁件表面硅的活性有利于获得薄且均匀的热浸镀锌层。采用过氧化氢水溶液对可锻铸铁件进行表面预处理时，由于过氧化氢的强氧化性，使可锻铸铁件表面层中的硅元素发生氧化，形成活性较低的SiO₂，可有效降低可锻铸铁件表面硅的活性，使其在热浸镀锌过程中的硅反应性得到有效抑制，可降低镀锌温度，有效减少镀锌层的厚度，并增加镀层的均匀性。

本发明的取得技术效果在于：

采用一定浓度的过氧化氢水溶液对可锻铸铁进行表面预处理后，可降低热浸镀锌温度、有效减小可锻铸铁件镀层厚度、并显著增加可锻铸件镀层厚度的均匀性。

附图说明

图1为未经过氧化氢水溶液处理60分钟的可锻铸铁样品在460℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

图2为经过氧化氢水溶液处理60分钟的可锻铸铁样品在460℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

图3为未经过氧化氢水溶液处理60分钟的可锻铸铁样品在510℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

图4为经过氧化氢水溶液处理60分钟的可锻铸铁样品在510℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

图5为未经过氧化氢水溶液处理60分钟的可锻铸铁样品在560℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

图6为经过氧化氢水溶液处理60分钟的可锻铸铁样品在560℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

图7为经过过氧化氢水溶液处理20分钟的可锻铸铁样品在460℃进行热镀锌后镀层的显微组织照片。

具体实施方法

本发明下面结合实施例作进一步详述：

实施例1：

作为参比热浸镀锌样品，将尺寸大小为10mm×10mm的可锻铸铁进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理，热浸镀锌合金液成分为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在460℃，将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁试样镀层平均厚度为102μm，最厚处与最薄处的镀层厚度差为148.6μm。

表1 可锻铸铁在460℃锌液中浸镀4分钟后镀锌层厚度(μm)

本发明中，采用浓度为30％的过氧化氢水溶液对10mm×10mm的可锻铸铁进行表面预处理60分钟，取出后干燥对其进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理，具体处理工艺为：使用质量分数为15％的NaOH溶液在70～80℃下碱洗3分钟，清水冲洗后在质量分数为15％的盐酸中酸洗3分钟，清水冲洗后在70～80℃的成分为100ml水中含27gNH₄Cl、23g ZnCl₂、5g SnCl₂、2g K₂ZrF₆的助镀溶液中进行5分钟的助镀处理，完成后在100℃下干燥10分钟。热浸镀锌合金液成分为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在460℃，然后将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁镀层平均厚度为65.6μm，比未经预处理试样的镀层平均厚度减少了35.7％。最厚处与最薄处之间的镀层厚度差为83.2μm，比未经预处理试样最厚处与最薄处之间的镀层厚度差减少了44％，镀层均匀性得到了明显改善。

实施例2：

作为参比热浸镀锌样品，将尺寸大小为10mm×10mm的可锻铸铁进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理(处理步骤与实施例1相同)热浸镀锌合金液成分为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在510℃，将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁试样镀层平均厚度为108.6μm，最厚处与最薄处的镀层厚度差为101.7μm。

表2 可锻铸铁在510℃锌液中浸镀4分钟后镀锌层厚度(μm)

本发明中，采用浓度为30％的过氧化氢水溶液对10mm×10mm的可锻铸铁进行表面预处理60分钟，取出后干燥对其进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理(处理步骤与实施例1相同)。热浸镀锌合金液成分同样为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在510℃，然后将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁镀层平均厚度为64.8μm，比未经预处理试样的镀层平均厚度减少了40％。最厚处与最薄处之间的镀层厚度差为44.4μm，比未经预处理试样最厚处与最薄处之间的镀层厚度差减少了56.3％，镀层均匀性得到了更为明显的改善。

实施例3：

作为参比热浸镀锌样品，将尺寸大小为10mm×10mm的可锻铸铁进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理，(处理步骤与实施例1相同)。热浸镀锌合金液成分为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在560℃，将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁试样镀层平均厚度为163.8μm，最厚处与最薄处的镀层厚度差为267.6μm。

表3 可锻铸铁在560℃锌液中浸镀4分钟后镀锌层厚度(μm)

本发明中，采用浓度为30％的过氧化氢水溶液对10mm×10mm的可锻铸铁进行表面预处理60分钟，取出后干燥对其进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理(处理步骤与实施例1相同)。热浸镀锌合金液成分同样为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在560℃，然后将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁镀层平均厚度为122.7μm，比未经预处理试样的镀层平均厚度减少了25％。最厚处与最薄处之间的镀层厚度差为222.8μm，比未经预处理试样最厚处与最薄处之间的镀层厚度差减少了16.7％，镀层均匀性得到了一定的改善。

对比例1：

作为参比热浸镀锌样品，将尺寸大小为10mm×10mm的可锻铸铁进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理(步骤与实施例1相同)。热浸镀锌合金液成分为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在460℃，将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。定量金相分析表明，可锻铸铁试样镀层平均厚度为102μm，最厚处与最薄处的镀层厚度差为148.6μm。

本发明中，采用浓度为30％的过氧化氢水溶液对可锻铸铁进行表面预处理20分钟后，取出后干燥对其进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥一系列处理，步骤与实施例1相同。热浸镀锌合金液成分同样为Zn-0.05wt.％Al，锌液温度控制在460℃，然后将可锻铸铁试样浸入锌液中浸镀4分钟。可锻铸铁镀层平均厚度为90.5μm，比未经预处理试样的镀层平均厚度减少了11.3％。最厚处与最薄处之间的镀层厚度差为131.4μm，比未经预处理试样最厚处与最薄处之间的镀层厚度差减少了11.6％，镀层均匀性稍有改善，但明显低于实施例1的效果。

表4 可锻铸铁在460℃锌液中浸镀4分钟后镀锌层厚度(μm)

Claims

1.一种减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法，其特征在于：采用浓度为25~35%的过氧化氢水溶液对可锻铸铁件进行50~70分钟预处理，将预处理后的铸件进行碱洗－水洗－酸洗－水洗－助镀－干燥表面处理，通过酸洗将氧化层里面的氧化硅脱除，经过表面处理后浸入450~570℃的镀锌合金池中进行3~5分钟的热浸镀锌处理，得到厚度较薄且均匀的可锻铸铁镀层。

2.如权利要求1所述的减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法，其特征在于，所述过氧化氢水溶液的浓度为30%。

3.如权利要求1所述的减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法，其特征在于，所述可锻铸铁件在过氧化氢水溶液中预处理时间为60分钟。

4.如权利要求1所述的减轻可锻铸铁热浸镀锌硅反应性的方法，其特征在于，经过表面处理后的铸件在460~560℃的Zn-0.05wt.%Al池中进行4分钟的热浸镀锌处理。